UDK 631.6 Сельскохозяйственная мелиорация
GRNTI 68.31 Сельскохозяйственная мелиорация
OKSO 35.06.01 Сельское хозяйство
BBK 4 СЕЛЬСКОЕ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ И ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ
TBK 5607 Сельскохозяйственная мелиорация
BISAC TEC003000 Agriculture / General
Agriculture is closely connected with its adaptation to natural conditions; among the factors in-fluencing the cultivation of agricultural products, the most important are natural, climatic and weather conditions. Therefore, it is necessary to explore the possibility and options for minimiz-ing the impact of adverse weather factors on the sustainability of crop yields, that is, reducing the weather risk. An object. The object of the research was data on the yield of sunflower and corn for grain growing in the Rostov region for the period 2000-2018, the impact on it of weather conditions, represented by fluctuations in moisture availability and temperatures during the grow-ing season of plants. Target. The aim of the study was to construct multiple linear regression equations for the dependence of sunflower and corn yields growing in the Rostov region on abi-otic factors: the amount of precipitation and temperatures during the growing season, to deter-mine the possibility of minimizing, and in the ideal case, eliminating the influence of weather fluctuations on its stability. Materials and methods. The main factors influencing the sustainable development of agricultural production as a whole are identified by the methods of system anal-ysis, the dependences of the yield values of the considered agricultural crops grown in the Ros-tov region on irrigation and on rainfed soils on the amount of precipitation and temperatures dur-ing the growing season are determined by the methods of statistical analysis. Results and con-clusions. The collection and systematization of data was carried out: on the yield of corn for grain and sunflower in the Rostov region, on the ambient temperature during the growing season of these crops, the dependences of the yield on the amount of precipitation and the sum of tem-peratures during the growing season were obtained. The relationship between the heterogeneity of weather and climate conditions and the productivity of agricultural crops during the growing season of plants is noted. It has been established that in the Rostov region, in the period from 2000 to 2018, the influence of the amount of precipitation during the growing season averaged 39.8% for corn for grain, 83.3% for sunflower, and the contribution of the sum of temperatures: 58.7%, and 16.1% respectively. It is concluded that the commissioning of new, restoration, re-construction and efficient use of existing irrigation systems will help increase the sustainability of agricultural production and reduce the impact of weather risks.
sustainability of agricultural production, weather risks, increase in crop yields
Введение. Важную роль в экономике страны занимает сектор агропромышленного комплекса (АПК), а существенная его часть относится к мелиоративной отрасли, задачи которой, в том числе, заключаются в определении и снижении рисков в сельскохозяйственном производстве, адаптации земледелия к агроклиматическим изменениям, повышении продовольственной безопасности и устойчивости социально-экономического развития Российской Федерации, при этом успешное решение проблемы повышения устойчивости функционирования мелиоративного сектора АПК обязательно должно учитывать влияние непредсказуемых погодных факторов, так как климатические катаклизмы в виде засухи, высоких температур, недостаточного и неравномерного выпадения осадков на большей территории страны делают производство сельскохозяйственной продукции нестабильным и зависимым от неблагоприятных природных явлений [1, 2]. Поэтому необходимо проведение исследований, результаты которых будут способствовать высокоэффективному использованию земель сельскохозяйственного назначения в условиях неопределенности внешнего влияния природно-климатических факторов, повышению рациональности использования водных ресурсов, увеличению продуктивности земель сельскохозяйственного назначения, обеспечению устойчивости производства сельскохозяйственной продукции независимо от климатических изменений и природных аномалий, минимизации погодных рисков [3].
По нашему мнению, погодные риски – это опасность, вероятность недополучения сельскохозяйственной продукции, возникшая вследствие нарушения функционирования производственного процесса, обусловленного влиянием экзогенных и эндогенных факторов, например, таких как наличие и обилие осадков, причем очень важно – совпадающих по времени с определенными фазами развития растений, снежного покрова, солнечной активности, среднегодовой температуры и др. Недостаток или избыток значений величин характеризующих перечисленные факторы может негативно сказаться на урожайности, что в свою очередь повлияет на снижение запланированной прибыли, или даже приведет к убыткам.
Материалы и методы. Способы снижения рисков для сельскохозяйственного производства имеют решающее значение, так как полное исключение влияния неблагоприятных погодных колебаний невыполнимо, причем эти колебания носят вероятностный характер и поэтому использование детерминированной постановки задач снижения этих рисков либо вовсе невозможно, либо приводит к задачам большой размерности, поэтому одним из выходов из сложившейся ситуации является применение методов стохастического моделирования, а процесс воздействия на риски можно представить общей схемой, изображенной на рисунке 1.
Для каждой сельскохозяйственной культуры урожайность определяется лимитирующим воздействием различных управляемых и неуправляемых, экзогенных и эндогенных факторов, основные из которых приведены на рисунке 2. Все эти факторы тесно переплетены между собой, и определить влияние каждого из них на формирование урожайности весьма сложно, так как в этом случае вступает в силу закон минимума, поэтому можно установить лишь пределы влияния факторов в их совокупности, в которой формируется оптимальная величина урожайности. Так при удовлетворительных условиях продуктивность растений может понижаться на 15–35 % по сравнению с максимальной, поэтому в технологии выращивания сельскохозяйственных культур необходимо произвести изменения, позволяющие более полно удовлетворить потребности растений. Если условия в какой-либо период вегетации складываются неблагоприятно, то продуктивность растений понижается на 35–65 %. В таких случаях в технологии выращивания растений необходимо предусмотреть кардинальные изменения, направленные на сохранение наиболее стойких растений и существенное улучшение теплового и водного режимов в период вегетации. При очень неблагоприятных условиях урожайность уменьшается на 65–85%. В таких случаях необходимы мероприятия, позволяющие искусственными способами увеличить тепло- и влагообеспеченность посевов. При наличии чрезвычайных условий, понижающих урожайность на 85–99 %, необходимо совершенствование или даже изменение системы земледелия.
Рисунок 1 – Общая схема выявления рисков и методов воздействия на них
Рисунок 2 – Факторы, влияющие на урожайность
Из многообразия факторов, оказывающих влияние на урожайность сельскохозяйственных культур, при проведении анализа выделим влияние на нее следующих абиотических факторов: сумм осадков и температур в вегетационный период [4–7]. Выбор указанных факторов обоснован тем, что в климатических условиях Ростовской области при сельскохозяйственном производстве влияние осадков особенно велико [8], так как Ростовская область включает лишь агроклиматические зоны недостаточного увлажнения [9], и отсутствие или недобор осадков вызывает иссушение пахотного горизонта почвы, создает неблагоприятные условия влагообеспеченности сельскохозяйственных культур, ухудшает их состояние, снижает урожайность.
Результаты и обсуждение. Проведем верификацию влияния сумм температур и осадков на урожайность подсолнечника и кукурузы на зерно в Ростовской области. Для повышения достоверности полученных результатов и сформулированных выводов нами были рассмотрены именно эти культуры, так как они имеют одинаковые периоды вегетации с мая по сентябрь.
На основании анализа площадей фактически орошаемых земель в Ростовской области [10] показателей урожайности кукурузы на зерно, частично выращиваемой на орошении [11] и подсолнечника1,2, который в Ростовской области, в основном, выращивается на богаре [11], а также данных по основным метеорологическим факторам, влияющим на фазы развития сельскохозяйственных культур – температуре воздуха и количеству осадков в период вегетации растений за временной период с 2000 по 2018 г. в Ростовской области по данным официальных электронных ресурсов нами, на основе теоретического материала, изложенного в [12] составлены уравнения множественной линейной регрессии для урожайности кукурузы:
yкук= 0.022x1-0.012x2+59.949 , (1)
где yкук – урожайность кукурузы на зерно, ц/га,
x1 – количество осадков в период вегетации, мм;
x2 – сумма температур в период вегетации, °С;
и для урожайности подсолнечника:
yподс = 0,040х1-0,003х2+13,466 , (2)
где yподс– урожайность подсолнечника, ц/га.
На рисунках 3 и 4 представлены построенные по уравнениям (1) и (2) плоскости, наглядно иллюстрирующие, что при задании прогнозных значений количества сумм осадков и температур в вегетационный период можно с высокой долей вероятности определить урожайности кукурузы на зерно и подсолнечника, при условии паритета остальных, оказывающих влияние на урожайность факторов.
Рисунок 3 – Парная зависимость урожайности кукурузы на зерно от сумм температур и осадков в период вегетации
Рисунок 4 – Парная зависимость урожайности подсолнечника от сумм температур и осадков в период вегетации
Оценка значимости уравнений множественной регрессии (1) и (2) осуществлена путем проверки с помощью F-статистики распределения Фишера, которая показала, что при пятипроцентном уровне значимости, величина коэффициента детерминации R2 : для уравнения (1) составляет R2 =0.9379 , а для уравнения (2) – R2 =0.9697 , это означает, что в полученных уравнениях вариабельность урожайности кукурузы на зерно на 93,79 %, а подсолнечника на 96,97 % объясняется вариабельностью сумм осадков и температур.
Корреляционный анализ полученных зависимостей, выполненный согласно теории, изложенной в [12] показал, что парные коэффициенты корреляции для кукурузы и подсолнечника статистически значимы, представим их численные значения в таблице 1:
Таблица 1 – Парные коэффициенты корреляции
|
Культура |
Урожайность и сумма осадков, ryx1 |
Урожайность и сумма температур, ryx2 |
Сумма осадков и сумма температур, rx1x2 |
|
Кукуруза на зерно |
0,944 |
– 0,957 |
– 0,93 |
|
Подсолнечник |
0,983 |
– 0,936 |
– 0,93 |
Для кукурузы на зерно:
– ryx1= 0.944 , и так ryx1>0.9 , то это свидетельствует о весьма сильной по шкале Чеддока прямой линейной связи между количеством осадков в период вегетации и урожайностью;
– ryx2=0.957 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммой температур в период вегетации и урожайностью, а так как ryx2 > ryx1 , то наибольшее влияние на урожайность кукурузы оказывает сумма температур.
Для подсолнечника:
– ryx1 = 0.983 , что свидетельствует о весьма сильной прямой линейной связи между количеством осадков в период вегетации и урожайностью;
– ryx2 = - 0.936 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммой температур в период вегетации и урожайностью, а так как ryx2<ryx1 , то наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает сумма осадков.
Для периода вегетации обеих культур – rx1x2 = - 0.93 , что свидетельствует о весьма сильной обратной линейной связи между суммами осадков и температур в этот период.
Заметим, что величины сумм осадков и температур имеют разные порядки, поэтому для определения их непосредственного влияния на величину урожайности необходимо построить уравнение регрессии в стандартном масштабе, определяя коэффициенты стандартизированной формы уравнений по формулам [12]:
β1= ryx1-ryx2rx1x2 / 1-r2x1x2
β2= ryx2-ryx1rx1x2 / 1-r2x1x2
где β1 – коэффициент при переменной x2 в стандартизированном масштабе уравнений (1) и (2),
β2 – коэффициент при переменной x1 в стандартизированном масштабе уравнений (1) и (2).
Таким образом, стандартизированная форма уравнения регрессии (1) имеет вид:
укук = 0,398х1-0,587х2, (3)
а стандартизированная форма уравнения регрессии (2) имеет вид:
у подс = 0,833 х1-0,161 х2 . (4)
В уравнении (3) максимальным по абсолютной величине является коэффициент, стоящий перед переменной х2 , поэтому наибольшее влияние на урожайность кукурузы на зерно оказывает сумма температур в период вегетации, в уравнении (4) максимальным по абсолютной величине является коэффициент, стоящий перед переменной х1 , поэтому наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает количество осадков в период вегетации. Анализируя полученные уравнения (3) и (4), результаты зависимости урожайности рассматриваемых культур от количества сумм температур и осадков в Ростовской области представим в табл.2.
Также были определены и сведены в таблицу 2 частные коэффициенты эластичности, показывающие, на сколько процентов в среднем изменится урожайность с увеличением одной из величин: сумм осадков или температур на один процент от своего среднего уровня при фиксированном значении другой.
Таблица 2 – Частные коэффициенты эластичности
|
Культура |
Сумма осадков |
Сумма температур |
|
Кукуруза на зерно |
0,21 |
– 1,397 |
|
Подсолнечник |
0,722 |
– 0,628 |
Анализ представленных в таблице 2 данных показывает, что в среднем при росте суммы осадков на 1 % урожайность кукурузы возрастает на 0,21 %, а урожайность подсолнечника на 0,722 %, при росте суммы температур на 1 % урожайность кукурузы снижается на 1,397 %, а урожайность подсолнечника на 0,628 %. Результаты проведенных исследований показывают, что в Ростовской области наибольшее влияние на урожайность подсолнечника оказывает сумма осадков, а на урожайность кукурузы – сумма температур.
Выводы. Полученные результаты совпадают с нашей гипотезой: вследствие того, что в последнее время в Ростовской области всё большая часть кукурузы на зерно выращивается с применением различных способов орошения, а выращивание подсолнечника продолжается на богаре, то недостаточное количества осадков при иных одинаковых абиотических факторах оказывает значительно большее влияние на урожайность подсолнечника по сравнению с урожайностью кукурузы на зерно. Неблагоприятные погодные условия периода вегетации оказывают существенное влияние на урожайность возделываемых в Ростовской области сельскохозяйственных культур, поэтому ввод в эксплуатацию новых, восстановление, реконструкция и эффективное использование существующих оросительных систем, позволят обеспечить устойчивость производства сельскохозяйственной продукции независимо от климатических изменений и природных аномалий и будут способствовать снижению погодных рисков.
1. Vasiliev S. M., Babichev A. N. Basic principles of formation of sus-tainability of reclaimed agricultural landscapes // Ecology and water economy [Electronic resource]. 2021. V. 3, No. 1. S. 1-10. URL: http:www.rosniipm-sm1.ru/article?n=97.
2. Kupriyanova S. V., Melikhova E. V. Influence of variability of soil and climatic conditions on the sustainability of agricultural land productivity. Izvestiya of the Nizhnevolzhsky agrouniversity complex: science and higher professional education. - 2021. - No. 2 (62). - S. 231-240.
3. Ovchinnikov A. S., Vlasov M. V., Kupriyanova S. V. Influence of land reclamation on minimization of weather fluctuations and growth of the economic effect of agricultural production. - 2020. - No. 1 (57). - S. 14-23.].
4. Ryaskova O. M., Zaitseva G. A. Yield of corn for silage depending on soil and climatic conditions at the beginning of the growing season // Nauka i obrazovanie. - 2019. - No. 4. - With. 183.
5. Zaitseva G. A. Productivity of agricultural crops in various agrophy-tocenoses depending on weather conditions // Bulletin of Michurinsk State Agrarian University. - 2010. - No. 2. - P. 95-99.
6. Klochkov A. V., Solomko O. B., Klochkova O. S. Influence of weath-er conditions on the productivity of agricultural crops // Bulletin of the Bela-rusian State Agricultural Academy. - 2019. - No. 2. - S. 101-105.
7. Buenkov A. Yu., Kudryashov S. P., Lekarev A. V., Gudova L. A. In-fluence of weather conditions on sunflower yield in the conditions of the Sara-tov region // Agrarian scientific journal. - 2022. - No. 10. - P. 25-29.
8. Kupriyanova S. V., Vlasov M. V. Influence of weather risks on the yield of maize for grain in the Rostov region // Melioration and water manage-ment. - 2021. - No. 4. - P. 42-47.
9. Balakay G. T., Selitsky S. A., Dokuchaeva L. M., Yurkova R. E. Zon-ing the territory of the Rostov region according to agro-climatic subzones for promising soybean varieties of different maturity groups // Scientific Journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation Problems [Electronic re-source]. - 2020. - No. 3(39). - P. 52-67. - Access mode: http:www.rosniipm-sm.ru/article?n=1138. - DOI:https://doi.org/10.31774/2222-1816-2020-3-52-67.
10. Senchukov G. A., Ryzhakov A. N., Kuzmichev A. A. Analysis of the state of actually irrigated lands in the Rostov region // Ways to improve the ef-ficiency of irrigated agriculture. 2022. No. 3(87). pp. 4-11.
11. Zonal farming systems of the Rostov region (for the period 2013-2020) [Electronic resource]: in 3 parts, Part 1 / Ministry of Agriculture and Food of the Rostov Region. - Rostov n/a, 2012 Access mode: http://don-agro.ru/FILES/2020/ZONSYSZEM/Sistema_zemled_do_2020_1.docx.
12. A. I. Kobzar, Applied Mathematical Statistics. For engineers and sci-entists. - M.: FIZMATLIT, 2006. - 816 p. - ISBN 978-5-9221-0707-5.
